毕业设计(基于PLC的广告灯控制设计)

武汉职业技术学院毕业设计(论文)任务书

课题名称：基于PLC的广告灯控制设计

专业：机电一体化技术

班级：

设计：

指导教师：

完成期限：2012年10月至2013年3月

2012年10月11日

摘要：随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速的发展，可编程控制器技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。广告灯作为一种现代化的工具，与人们的日常生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，广告灯灯光控制得到了快速发展，其逻辑控制已由可编程控制器代替原来的继电器控制。本文采用可编程逻辑控制器（PLC）对广告灯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了广告灯的控制水平，并改善了广告灯灯光控制的可靠性，使广告灯控制达到了较为理想的控制结果。

关键字：可编程控制器（PLC）、广告灯、自动控制。

Abstract: Along with the rapid development of economy, microelectronics technology,

computer technology and automatic control technology is also obtained a rapid development and PLC technology has come to a new era, the used more and more widely. Advertising light as a modern tools, and People's Daily life closely related, as people to the improvement of its requirements, advertisement lamp lighting control are growing rapidly, its logic control already by programmable controller instead of the original relay control. This paper by using the programmable logic controller (PLC) to advertising light control, through the reasonable choice and design, improve the advertisement lamp control level, and improve the reliability of the control lights advertising lamp, make advertisement lamp to control the ideal control results.

Key word: Programmable controller (PLC), Advertising lights, Automatic control.

目录

摘要 (2)

关键字 (2)

第一章概述 (4)

一、PLC的产生与发展 (4)

二、PLC的特点、分类及应用领域 (4)

三、PLC的组成和工作原理 (7)

四、PLC的功能 (9)

五、PLC的基本逻辑指令 (10)

六、选题意义 (11)

七、系统所需硬件及注意事项 (12)

第二章总体设计 (13)

一、控制要求 (13)

二、主要内容 (13)

三、硬件设计 (14)

（一）、PLC的型号及I/O分配口 (14)

（二）、PLC控制接线图 (16)

四、PLC控制梯形图 (17)

五、PLC控制指令表 (18)

六、调试与完善 (21)

总结与体会 (22)

参考文献 (23)

第一章概述

一、PLC的产生与发展

1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司（GM公司)为了适应生产工艺不断更新的需要，提出要用一种新型的工业控制器取代继电器-接触器控制装置，并要求将计算机控制的优点（功能完备，灵活性，通用性好）和继电器-接触器控制的优点（简单易懂、使用方便、价格便宜）结合起来，设想将继电器-接触器控制的硬接线逻辑转变位计算机的软件逻辑编程，且要求编程简单，是的不熟悉计算机的人员也能很快掌握其使用技术。第二年，美国数字设备公司（DEC）公司研制出了第一台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的自动装配上试用成功，取得满意的效果，可编程控制器自此诞生。

PLC的定义有许多种，国际电工委员会（IEC)对PLC的定义是：可编程序控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

二、PLC的特点、分类及应用领域

（一）、PLC的特点

1.抗干扰能力强、可靠性高

在工业现场存在着电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等因素，这些因素都影响着计算机的正常工作。而PLC从硬件和软件两个方面都采取了一系列的抗干扰措施。在硬件方面，PLC采用大规模和超大规模的集成电路，采用了隔离、滤波、屏蔽及接地等抗干扰措施，并采取了耐热、防潮、防尘和抗震等措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。以上这些措施使PLC具有很强的抗干扰能力和很高的可靠性。

2.控制系统结构简单、使用方便

在PLC控制系统中，只需在PLC的输入/输出端子上接入相应的信号线即可，不需要连接断电器之类的低压电器和大量复杂的硬件接线电路，大大简化了控制系统的结构。PLC体积小、质量轻，安装与维护也极为方便。另外，PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，这种编程语言形象直观、容易掌握，编程非常方便。

3.功能强大、通用性好

PLC内部有成百上千个可供用户使用的编程元件，具有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。另外，PLC的产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户使用，用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同功能、不同规模的控制系统。

（二）PLC的分类

1.按PLC的点数分类

根据PLC可扩展的输入/输出点数，可以将PLC分为小型、中型和大型三类。小型的PLC输入/输出点数在256点一下；中型PLC的

输入/输出点数为256~2048个点；大型PLC的输入/输出点数在204以上。

2.按PLC的结构分类

按PLC的结构分类，PLC可以分为整体式和模块式。整体式PLC 将电源、CPU、存储器、I/O系统都集中在一个小箱体内，小型PLC 多为整体式PLC；模块式PLC是按功能分成若干模块，如电源模块、CPU模块、连接模块、输入模块及输出模块等，再根据系统要求，组合不同的模块，形成不同用途的PLC，大型的PLC多为模块式PLC。

（三）PLC的应用领域

1.逻辑控制

通过“与”、“或”、“非”等逻辑指令的组合，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与逻辑控制，这是PLC最初完成的功能。

2.运动控制

PLC可以使用专用的运动控制模块，对步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴的位置进行控制。PLC将描述位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适合的速度和加速度，确保运动平滑。

3.过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭合控制。对于温度、压力、流量等模块量，PLC提供了配套的模数（A/D)和数模（D/A)转换模块，使PLC可以很方便的处理这些模拟量；PLC还提供了PID 功能指令，可以很方便地进行闭环控制，从而实现过程控制。

PLC能与计算机、PLC及其他智能装置连成网络，使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层控制连成一个整体，形成控制自动化与管理自动化的有机集成，从而创造更高的企业效益。

三、PLC的组成和工作原理

（一）PLC组成

1.CPU运算和控制中心起“心脏”作用。

纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。

横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。

组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

2．存储器

具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。

储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。

3．输入/输出接口

（1）输入接口：

光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。

发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。

光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。

输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。

（2）输出接口

PLC的继电器输出接口电路

工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。

（3）还有特别用来输入/输出模拟电流信号和高速脉冲信号的特殊结构，例如：模数/数模转换模块、高速计数模块等。

4．编程器

编程器分为两种，一种是手持编程器，方便，我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口，与计算机相连，然后敲击键盘，通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。

（二）PLC的基本工作原理

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式

1．每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。2．输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。

4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。6．由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟

四、PLC的功能

1、逻辑控制

2、定时控制

3、计数控制

4、步进(顺序)控制

5、PID控制

6、数据控制：PLC具有数据处理能力。

7、通信和联网

8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。

五、PLC的基本逻辑指令

LD，取指令，表示每一行程序中第一个与母线相连的常开触点。另外，与后面讲到的ANB、ORB指令组合，在分支起点处也可使用。

LDI，取反指令，与LD的用法相同，只是LDI是对常闭触点。

LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C。

OUT，线圈驱动指令。是对输出继电器（Y）、辅助继电器（M）、状态器（S）、定时器（T）、计数器（C）的线圈驱动，对输入继电器（X）不能使用。

ANI，与非指令。用于单个常闭接点的串联。

AND与ANI都是一个程序步指令，串联触点个数没有限制，该指令可以多次重复使用。这两条指令的目标元件为X、Y、M、S、T、C。 OR，或指令。

ORI，或非指令。

这两条指令都用于单个的常开触点并联，操作的对象是X、Y、M、S、T、C。OR是用于常开触点，ORI用于常闭触点，并联的次数可以是无限次。

LDP，ANDP，ORP指令是进行上升沿检测的触点指令，仅在指定的位元件上升沿（OFF→ON变化时）时，接通一个扫描周期，操作的目标元件是X、Y、M、S、T、C。

LDF、ANDF、ORF指令是进行下降沿检测的触点指令，仅在指定位元件下降时（即由ON→OFF变化时）接通1个扫描周期。操作的目标元件是X、Y、M、S、T、C。

MPS，进栈指令。

MRD，读栈指令。

MPP，出栈指令。

MC，主控指令。用于公共串联触点的连接。

MCR，主控复位指令。用于公共串联触点的清除。

INV指令是在将执行INV指令之前的运算结果反转的指令，是不带操作数的独立指令。

SET为置位指令，使动作保持；RST复位指令，使操作保持复位。PLS—上升沿微分输出。当输入条件为ON时（上升沿），相应的输出位元件Y或M接通一个扫描周期。

PLF—下降沿微分输出。当输入条件为OFF时（下降沿），相应的输出位元件Y或M接通一个扫描周期。

NOP—空操作指令。

六、选题意义

随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进行亮化工程。企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:霓虹灯广告屏来实现这一目的.当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告均可以见到,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管,另一种为日光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果。这些灯的亮灭,闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求. 选择这个题目作为毕业设计，即能通过设计熟悉学习过的PLC知识，还能提高自己的设计能力，并且PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。在一定程度上提高自己以后在找工作的成功率。所以我选择了这个题目。

七、系统所需硬件及注意事项

1、系统所需硬件

在本篇论文中我制作的广告灯主要用到的硬件有LED玻璃管、PLC、电极头、导线。LED玻璃灯管的作用是当接通电源时，灯管发出的不同颜色形成不同的图案，起到照明作用。PLC的作用是存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外的接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护起来极为容易。电极头的作用是焊接作用。导线起着连接电路的作用。

①广告霓虹灯属于高压用电产品，通常电压在15000V，电流较低，一般在0.03至0.8A左右。

②广告霓虹灯为冷阴极灯，使用过程中，不会产生过高的热量。

③广告霓虹灯灯管常用的规格有直径6、8、9、12、15毫米。

④广告霓虹灯有些品牌在特殊的情况下会产生明火，甚至使用灭火器也难以扑灭，此时，只需要断开电源即可。

⑤广告霓虹灯变压器有电子，电感变压器，电子变压器通常为2米、6米、8米、12米之分。电感为12米负载。

第二章总体设计

一、控制要求

本控制系统只要是用于控制广告灯按顺序闪烁。能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。

二、主要内容

用PLC控制一个自动闪烁的广告牌，其内容为“美的厨房电器有限公司欢迎您”，这13个字用13个灯点亮并实现闪烁。其闪烁要求为：在打开闪烁开关后，首先“美”字亮1S，接着“的”字亮1S，以此类推，至“您”字亮1S后，“美的厨房电器有限公司欢迎您”这13个字以0.6S的周期闪烁3次，然后又是“美”字亮1S……如此循环进行。如表1，所示：

灯号步序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 HL1 亮

HL2 亮

HL3 亮

HL4 亮

HL5 亮

HL6 亮

HL7 亮

HL8 亮

HL9 亮

HL10 亮

HL11 亮

HL12 亮

HL13 亮表1 “美的厨房电器有限公司欢迎您”闪烁表

三、硬件设计

（一）、PLC的型号及I/O分配口

由于在本篇论文所设计的广告灯中共有13个端口输出，并且采用交流电，所以我选择用三菱FX2N-48MR-001。FX2N-48MR-001的主要的技术参数：输入继电器有24点，输出继电器有24点。电源电压为AC100-240V，频率为50/60Hz。

“美的厨房电器有限公司欢迎您”字牌闪烁PLC控制输入输出点分配表见表2

输入信号输出信号

名称代号输入点编号名称代号输入点编号启动按钮SB1 X0 “美”字彩灯HL1 Y0

停止按钮SB2 X1 “的”字彩灯HL2Y1

“厨”字彩灯HL3Y2

“房”字彩灯HL4Y3

“电”字彩灯HL5Y4

“器”字彩灯HL6Y5

“有”字彩灯HL7Y6

“限”字彩灯HL8Y7

“公”字彩灯HL9Y10

“司”字彩灯HL10Y11

“欢”字彩灯HL11Y12

“迎”字彩灯HL12Y13

“您”字彩灯HL13Y14

表2 字牌闪烁PLC输入输出点分配表

（二）、PLC的控制接线图

广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制接线图如图1所示。

图1 PLC控制接线图

四、PLC控制梯形图

广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制梯形图如图2所示。

图2 PLC控制梯形图

五、PLC控制指令表

广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制指令表

0 LD X000

1 OR M0

2 ANI X001

3 OUT M0

4 LD MO

5 ANI T1

6 OUT T0 K5

9 LD T1

10 PLS M1

12 LD M0

13 ANI M3

14 ANI M4 16 ANI M6

17 ANI M7

18 ANI M8

19 ANI M9

20 ANI M10

21 ANI M11

22 ANI M12

23 ANI M13

24 ANI M14

25 ANI M15

26 OUT M2

27 LD M1

29 SFTL M2 M3 K13 K1 38 LD M2 39 OR T2 40 OUT Y000 41 LD M3 42 OR T2 43 OUT Y001 44 LD M4 45 OR T2 46 OUT Y002 47 LD M5 48 OR T2 49 OUT Y003 50 LD M6 51 OR T2 52 OUT Y004 53 LD M7 54 OR T2 55 OUT Y005 56 LD M8 57 OR T2 59 LD M9 60 OR T2 61 OUT Y007 62 LD M10 63 OR T2 64 OUT Y010 65 LD M11 66 OR T2 67 OUT Y011 68 LD M12 69 OR T2 70 OUT Y012 71 LD M13 72 OR T2 73 OUT Y013 74 LD M14 75 OR T2 76 OUT Y014 77 LD M15 78 ANI T3 79 OUT T2 K3 82 LD T2

86 LD T3

87 OUT C0 K3

90 LD C0

91 ZRST M3 M15 96 END